Влияние различных концентраций фибриногена на свойства фибриновой матрицы для тканевой сосудистой инженерии
- Авторы: Матвеева В.Г.1, Ханова М.Ю.1, Глушкова Т.В.1, Антонова Л.В.1
-
Учреждения:
- ФГБНУ Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний
- Выпуск: Том 29, № 1 (2021)
- Страницы: 21-34
- Раздел: Оригинальные исследования
- Статья получена: 03.07.2020
- Статья одобрена: 27.01.2021
- Статья опубликована: 15.03.2021
- URL: https://journals.eco-vector.com/pavlovj/article/view/34913
- DOI: https://doi.org/10.23888/PAVLOVJ202129121-34
- ID: 34913
Цитировать
Аннотация
Цель. Тестирование фибриновых матриц, содержащих 10, 20 и 30 мг/мл фибриногена (фибрин-10, фибрин-20 и фибрин-30 соответственно) на возможность их применения в тканевой сосудистой инженерии (ТСИ).
Материалы и методы. Фибриноген выделяли методом этаноловой криопреципитации и полимеризовали с помощью тромбина и раствора СаСl2. Структуру фибрина изучали сканирующей электронной микроскопией, физико-механические свойства материала тестировали на испытательной машине Zwick/Roell. Метаболическую активность эндотелиальных клеток (ЭК) на поверхности фибрина оценивали МТТ-тестом, жизнеспособность фибробластов в толще фибрина и возможность миграции – с помощью флуоресцентной и световой микроскопии. Определен процент усадки фибрина по изменению объема образцов до и после удаления влаги.
Результаты. Диаметр волокон всех образцов фибринов не различался, при этом размер пор в фибрине-30 был меньше по сравнению с фибрином-10 и фибрином-20. Подтверждена возможность миграции фибробластов в толщу фибриновой матрицы и сохранение жизнеспособности клеток от 97 до 100% на глубине 5 мм. Метаболическая активность ЭК на поверхности фибрина-20 и фибрина-30 превышала коллаген, фибронектин и фибрин-10. Все образцы фибрина дали усадку объема до 95,5-99,5%, при этом усадка фибрина-10 была самой большой. Физико-механические свойства фибрина в 10 раз уступали a. mammaria человека.
Заключение. Фибрин с концентрацией фибриногена 20 и 30 мг/мл поддерживает высокую метаболическую и пролиферативную активность ЭК на поверхности, а также высокую жизнеспособность фибробластов в толще. Доступность, простота получения и наличие ряда благоприятных свойств делают фибрин перспективным материалом для ТСИ. Однако, проблема недостаточной прочности требует дальнейших исследований.
Ключевые слова
Полный текст
Об авторах
Вера Геннадьевна Матвеева
ФГБНУ Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний
Автор, ответственный за переписку.
Email: matveeva_vg@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4146-3373
SPIN-код: 9914-3705
ResearcherId: I-9475-2017
к.м.н., с.н.с. лаборатории клеточных технологий отдела экспериментальной медицины, ФГБНУ Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний
Россия, КемеровоМарьям Юрисовна Ханова
ФГБНУ Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний
Email: khanovam@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-8826-9244
SPIN-код: 5923-0432
ResearcherId: AAR-7341-2020
м.н.с. лаборатории клеточных технологий отдела экспериментальной медицины, ФГБНУ Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний
Россия, КемеровоТатьяна Владимировна Глушкова
ФГБНУ Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний
Email: bio.tvg@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4890-0393
SPIN-код: 3151-6002
ResearcherId: H-7659-2017
к.б.н., н.с. лаборатории новых биоматериалов отдела экспериментальной медицины, ФГБНУ Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний
Россия, КемеровоЛариса Валерьевна Антонова
ФГБНУ Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний
Email: antonova.la@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8874-0788
SPIN-код: 8634-3286
ResearcherId: I-8624-2017
д.м.н., зав. лабораторией клеточных технологий отдела экспериментальной медицины, ФГБНУ Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний
Россия, КемеровоСписок литературы
- Best C., Strouse R., Hor K., et al. Toward a patient-specific tissue engineered vascular graft // Journal of Tissue Engineering. 2018. Vol. 9. doi:10.1177/ 2041731418764709
- Антонова Л.В., Севостьянова В.В., Сейфалиан А.М., и др. Сравнительное тестирование in vitro биодеградируемых сосудистых имплантов для оценки перспективы использования в тканевой инженерии // Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2015. №4. C. 34-41.
- Ravi S., Chaikof E.L. Biomaterials for vascular tissue engineering // Regenerative Medicine. 2010. Vol. 5, №1. P. 107-120. doi: 10.2217/rme.09.77
- Park C.H., Woo K.M. Fibrin-Based Biomaterial Applications in Tissue Engineering and Regenerative Medicine. In: Noh I., editor. Biomimetic Medical Materials From Nanotechnology to 3D Bioprinting. Advances in Experimental Medicine and Biology. Seoul, South Korea: Springer Nature Singapore Pte Ltd.; 2018. Vol. 1064. P. 253-261. doi: 10.1007/978-981-13-0445-3_16
- Barsotti M.C., Magera A., Armani C., et al. Fibrin acts as biomimetic niche inducing both differentiation and stem cell marker expression of early human endothelial progenitor cells // Cell Proliferation. 2011. Vol. 44, №1. P. 33-48. doi:10.1111/ j.1365-2184.2010.00715.x
- Chiu C.L., Hecht V., Duong H., et al. Permeability of three-dimensional fibrin constructs corresponds to fibrinogen and thrombin concentrations // Bio Research Open Access. 2012. Vol. 1, №1. P. 34-40. doi: 10.1089/biores.2012.0211
- Li W., Sigley J., Pieters M., et al. Fibrin Fiber Stiffness Is Strongly Affected by Fiber Diameter, but Not by Fibrinogen Glycation // Biophysical Journal. 2016. Vol. 110, №6. P. 1400-1410. doi: 10.1016/j.bpj.2016.02.021
- Aper T., Wilhelmi M., Gebhardt C., et al. Novel method for the generation of tissue-engineered vascular grafts based on a highly compacted fibrin matrix // Acta Biomaterialia. 2016. Vol. 29. P. 21-32. doi: 10.1016/j.actbio.2015.10.012
- Матвеева В.Г., Ханова М.Ю., Великанова Е.А., и др. Возможность получения и характеристика колониеформирующих эндотелиальных клеток из периферической крови пациентов с ишемической болезнью сердца // Цитология. 2018. Т. 60, №8. C. 598-608. doi: 10.31116/tsitol.2018.08.03
- Weisel J.W., Litvinov R.I. Mechanisms of fibrin polymerization and clinical implications // Blood. 2013. Vol. 121, №10. P. 1712-1719. doi:10.1182/ blood-2012-09-306639
- Profumo A., Turci M., Damonte G., et al. Kinetics of fibrinopeptide release by thrombin as a function of CaCl2 concentration: different susceptibility of FPA and FPB and evidence for a fibrinogen isoform-specific effect at physiological Ca2+ concentration // Biochemistry. 2003. Vol. 42, №42. P. 12335-12348. doi: 10.1021/bi034411e
- Chen H., Kassab G.S. Microstructure-based biomechanics of coronary arteries in health and disease // Journal of Biomechanics. 2016. Vol. 49, №12. P. 2548-2559. doi: 10.1016/j.jbiomech.2016.03.023
- Aper T., Teebken O.E., Steinhoff G., et al. Use of a fibrin preparation in the engineering of a vascular graft model // European Journal of Vascular and Endovascular Surgery. 2004. Vol. 28, №3. P. 296-302. doi: 10.1016/j.ejvs.2004.05.016
- Kim D.-H., Han K., Gupta K., et al. Mechano-sensitivity of fibroblast cell shape and movement to anisotropic substratum topography gradients // Bio-materials. 2009. Vol. 30, №29. P. 5433-5444. doi: 10.1016/j.biomaterials.2009.06.042
- Leon-Valdivieso C.Y., Wedgwood J., Lallana E., et al. Fibroblast migration correlates with matrix softness. A study in knob-hole engineered fibrin // APL Bioengineering. 2018. Vol. 2, №3. P. 036102. doi: 10.1063/1.5022841
- Sternlicht M.D., Werb Z. How matrix metallo-proteinases regulate cell behavior // Annual Review of Cell and Developmental Biology. 2001. Vol. 17. P. 463-516. doi: 10.1146/annurev.cellbio.17.1.463
- Raeber G.P., Lutolf M.P., Hubbell J.A. Molecularly engineered PEG hydrogels: a novel model system for proteolytically mediated cell migration // Biophysical Journal. 2005. Vol. 89, №2. P. 1374-1388. doi: 10.1529/biophysj.104.050682
- Li Y., Meng H., Liu Y., et al. Fibrin Gel as an Injectable Biodegradable Scaffold and Cell Carrier for Tissue Engineering // The Scientific World Journal. 2015. Vol. 2015. P. 685690. doi:10.1155/ 2015/685690
- Moreira R., Neusser C., Kruse M., et al. Tissue-Engineered Fibrin-Based Heart Valve with Bio-Inspired Textile Reinforcement // Advanced Healthcare Materials. 2016. Vol. 5, №16. P. 2113-2121. doi: 10.1002/adhm.201600300
- Tschoeke B., Flanagan T.C., Cornelissen A., et al. Development of a composite degradable/non-degradable tissue-engineered vascular graft // Artificial Organs. 2008. Vol. 32, №10. P. 800-809. doi: 10.1111/j.1525-1594.2008.00601.x
- Flanagan T.C., Cornelissen C., Koch S., et al. The in vitro development of autologous fibrin-based tissue-engineered heart valves through optimised dynamic conditioning // Biomaterials. 2007. Vol. 28, №23. P. 3388-3397. doi: 10.1016/j.biomaterials. 2007.04.012